 |
Импульсно кодовая модуляция
|
|
|
|
ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ (ИКМ)
Наряду с использованием аналоговых (АМ) можно использовать импульсные методы модуляции, в частности, амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), что позволяет улучшить энергетические характеристики процесса передачи в целом, если учесть, что длительность излучаемого импульса может быть мала по сравнению с периодом несущей. Импульсные методы модуляции основаны на процессе дискретизации передаваемого аналогового сигнала, т.е. использовании последовательности выборок (выборочных значений) аналогового сигнала, взятых периодически с частотой дискретизации f. Она выбирается из условия возможности последующего восстановления аналогового сигнала без искажений из дискретизированного сигнала с помощью фильтра нижних частот. Для сигнала с ограниченным спектром, к которому относится и сигнал стандартного телефонного канала, имеющий частоту среза f, = 4 кГц, применима теорема Котельникова-Найквиста, определяющая fд =2 fcp. Отсюда получаем, что для стандартного телефонного канала частота дискретизации составляет 8 кГц (те. выборки аналогового сигнала следуют с периодом дискретизации Tд = 125 мкс).
Следующим логичным шагом может быть квантование амплитуд импульсных выборок - процесс определения для каждой выборки эквивалентного ей численного (цифрового) значения. Указанные два шага (дискретизация и квантование) определяют процессы, осуществляемые при импульсно-кодовой модуляции. Они позволяют перейти от аналогового представления речевого сигнала к цифровому.
Численное значение каждой выборки в этой схеме может быть далее представлено (закодировано) в виде 7 или 8 битного двоичного кода (на практике при использовании аналого- цифровых преобразователей (АЦП) двоичное кодирование осуществляется непосредственно при квантовании). Такое кодирование (часто называемое кодификацией) дает возможность передать128 (2г) или 256 (26) дискретных уровней амплитуды речевого сигнала, обеспечивая качественную пере- дачу речи формально с динамическим диапазоном порядка 42 или 48 дБ. Учитывая, что выборки должны передаваться последовательно, получаем двоичный цифровой поток со скоростью 56 кбит/с (8 кГц х 7 бит) в случае 7 битного кодирования или 64 кбит/с (8 кГц х 8 бит) в случае 8 битного кодирования.
|
|
|
Указанные шаги пре- образования для формирования ИКМ представлены на рис. 1-1.
Использование ИКМ / (известной с 1938г., но реализованной только в 1962г.) в качестве метода передачи данных позволяет:
• для систем цифровой телефонии - ликвидировать недостатки, присущиеаналоговым методам передачи, а именно:
— убрать существенное затухание сигнала и его изменение в сеансе связи и от сеанса к сеансу;
— практически убрать посторонние шумы;
— улучшить разборчивость речи и увеличить динамический диапазон передачи;
• для систем передачи данных.
Дифференциальная импульсная кодовая модуляция
● Дифференциальная (или дельта) импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ, DPCM) — кодирует сигнал в виде разности между текущим и предыдущим значением. Для звуковых данных такой тип модуляции уменьшает требуемое количество бит на отсчёт примерно на 25 %.
● Адаптивная ДИКМ (АДИКМ, ADPCM) — разновидность ДИКМ, в которой изменяется уровень шага квантования, что позволяет ещё больше уменьшить требования к полосе пропускания при заданном соотношении сигнала и шума.
Дельта модуляция (передача звука)
Дельта-модуляция (ДМ) — способ преобразования аналогового сигнала в цифровую форму. Метод дельта-модуляции был изобретён в 1946 г.
|
|
|
